Учёные изучили эволюционное происхождение коронарных артерий
Коронарные артерии — жизненно важная часть человеческого сердца, снабжающая его богатой кислородом кровью. Сравнив сердца млекопитающих, птиц, рептилий, рыб и лягушек, исследовательская группа нашла доказательства того, что структура нашего сердца эволюционировала поэтапно от рыб через амфибий и рептилий к млекопитающим.
Переход животных из воды на сушу сопровождался значительной перестройкой сосудов сердца, позволившей выжить без жабр. Понимание эволюционного происхождения нашей сердечно-сосудистой системы может помочь найти основу некоторых генетических дефектов. Изучение систем различных животных также расширяет возможности для исследования болезней сердца и потенциальных методов лечения.
Врождённый порок сердца (ВПС) — самый распространённый врождённый дефект в мире. К нему относится, в частности, аномалия коронарных артерий, когда эти сосуды формируются неправильно. Однако не все виды имеют эту проблему. У некоторых животных, включая рыб и амфибий, в сердце нет и не нужны коронарные артерии. Почему они есть у нас и откуда взялись?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи из Японии сравнили развитие кровеносных сосудов в сердцах мышей, японских перепелов, тритонов, рыбок данио-рерио, акул и лягушек. Работа опубликована в журнале eLife.
Команда использовала комбинацию методов, включая МРТ, микро-КТ, гистологические срезы и 3D-реконструкцию, для создания детальных изображений. Сравнив их, учёные увидели разницу в развитии сосудистой системы в сердцах амниот (млекопитающих, птиц и рептилий) и не-амниот (рыб, акул и амфибий) от эмбрионов до взрослых особей.
«У рыб, акул и амфибий длинная сосудистая система, идущая от жабр, снабжает кровью сердце. Напротив, у млекопитающих и птиц эта предковая васкулятура существует только на эмбриональной стадии, а затем преобразуется во взрослые коронарные артерии, которые оплетают сердце. Это эволюционное изменение, вероятно, связано с переходом позвоночных из воды на сушу, который привёл к утрате жабр», — пояснил исследователь Хироки Хигасияма.
Амфибии занимают промежуточное положение между рыбами и млекопитающими на эволюционном дереве и могут дать представление о том, как один тип сердца эволюционировал в другой.
«Например, мы увидели, что временные кровеносные сосуды, наблюдаемые у эмбрионов мышей, поразительно похожи на предковую сосудистую систему, обнаруженную у амфибий, — сказал Хигасияма. — По мере формирования коронарных артерий мыши эти предковые сосуды исчезают, но они служат важными отправными точками для создания новых коронарных артерий».
Результаты показали, что структура человеческого сердца произошла от общего предка амниот. Когда это животное перешло от жизни в воде к жизни на суше, произошло важное развитие, включающее значительную перестройку предковых кровеносных сосудов для формирования современных коронарных артерий.
Исследователи предположили, что это было необходимо для утолщения стенки желудочка человеческого сердца, чтобы оно могло справляться с высокой физиологической активностью, например, с повышенным кровяным давлением, поддерживающим высокую метаболическую способность амниот.
«Это исследование расширяет круг доступных животных моделей для изучения болезней сердца и их лечения, — сказал Хигасияма. — Далее мы хотели бы глубже понять молекулярные процессы, участвующие в ремоделировании коронарных артерий. Это позволит раскрыть механизмы того, как эволюционировали коронарные артерии млекопитающих и рептилий, и, возможно, пролить свет на врождённые аномалии и болезни сердца человека».